RU2713842C1 - Device for measuring temperature in well - Google Patents
Device for measuring temperature in well Download PDFInfo
- Publication number
- RU2713842C1 RU2713842C1 RU2019108486A RU2019108486A RU2713842C1 RU 2713842 C1 RU2713842 C1 RU 2713842C1 RU 2019108486 A RU2019108486 A RU 2019108486A RU 2019108486 A RU2019108486 A RU 2019108486A RU 2713842 C1 RU2713842 C1 RU 2713842C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- converter
- field
- hall
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/06—Measuring temperature or pressure
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K5/00—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material
- G01K5/48—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a solid
- G01K5/50—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a solid arranged for free expansion or contraction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/36—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using magnetic elements, e.g. magnets, coils
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности, к устройствам для измерения температуры бурового раствора в процессе бурения.The invention relates to the oil and gas industry, in particular, to devices for measuring the temperature of the drilling fluid during drilling.
Известно устройство, содержащее механическую колебательную систему, выполненную в виде полого баланса, закрепленного на трубке с укрепленным на ней постоянным магнитом, преобразователь механических колебаний в электрические, термобаллон заполненный ртутью, причем полость баланса через трубку сообщается с термобаллоном. Недостатком указанного устройства является низкая надежность, связанная с низкой виброустройчивостью механической колебательной систем с заполненным ртутью балансом (А.С. СССР №279520, 1970 г.).A device is known that contains a mechanical oscillatory system made in the form of a hollow balance mounted on a tube with a permanent magnet fixed on it, a converter of mechanical vibrations into electric ones, a thermoballion filled with mercury, and the balance cavity through the tube communicates with the thermoball. The disadvantage of this device is the low reliability associated with low vibration stability of the mechanical oscillatory systems filled with mercury balance (AS USSR No. 279520, 1970).
Известно устройство для измерения температуры в скважине, содержащее механическую колебательную систему с укрепленными на ней постоянными магнитами и преобразователь механических колебаний в электрические, механическая колебательная система выполнена в виде цилиндрической биметаллической спирали, один конец которой жестко закреплен, а второй - свободен, а преобразователь механических колебаний в электрические выполнен в виде системы взаимодействующих электромагнитных полей постоянных магнитов, жестко закрепленных на цилиндрической биметаллической спирали и катушек привода и съема колебаний, обеспечивающих поперечные колебания цилиндрической биметаллической спирали (патент RU №2538014, 2013 г.). Недостатком указанного устройства является низкая надежность, обусловленная низкой виброустройчивостью механической колебательной системы, вызванной вибрацией бурильной колонны при разрушении горной породы.A device for measuring temperature in a well is known, comprising a mechanical oscillatory system with permanent magnets fixed to it and a converter of mechanical vibrations into electric ones, a mechanical oscillatory system made in the form of a cylindrical bimetallic spiral, one end of which is rigidly fixed, and the other end is free, and the mechanical oscillation converter in electric, made in the form of a system of interacting electromagnetic fields of permanent magnets, rigidly mounted on a cylindrical bimetallic spiral and coils of the drive and removal of vibrations, providing transverse vibrations of a cylindrical bimetallic spiral (patent RU No. 2538014, 2013). The disadvantage of this device is the low reliability due to the low vibration stability of the mechanical oscillatory system caused by vibration of the drill string during the destruction of the rock.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому является устройство, содержащее корпус, преобразователь температуры, связанный с гидравлическим каналом связи посредством сильфона, взаимодействующего с управляющим клапаном гидроусилителя, источник энергии и преобразователь температуры, выполненный в виде расположенного в корпусе струйного генератора, состоящего из струйного элемента, включающего сопло питания, приемное и выходное сопла, размещенные в углублении панели и связанные между собой коммутационными каналами и переменной емкости, выполненной в виде зазора между коаксиально расположенными корпусом устройства и источником энергии в виде баллона со сжатым газом, причем баллон выполнен из материала с большим коэффициентом объемного температурного расширения, чем материал корпуса, а выход баллона через дроссель соединен с соплом питания, приемное сопло соединено с переменной емкостью, а выходное сопло подключено к каналу связи (А.С. СССР №1298365, 1986 г).The closest in technical essence to the proposed one is a device containing a housing, a temperature transducer connected to a hydraulic communication channel via a bellows interacting with a hydraulic booster control valve, an energy source and a temperature transducer made in the form of a jet generator located in the housing, consisting of a jet element, including a power nozzle, a receiving and an output nozzle located in the recess of the panel and interconnected by switching channels and capacity, made in the form of a gap between the coaxially located device casing and the energy source in the form of a cylinder with compressed gas, moreover, the cylinder is made of a material with a larger coefficient of volumetric thermal expansion than the body material, and the cylinder exit through the throttle is connected to the power nozzle, a receiving nozzle connected to a variable capacity, and the output nozzle is connected to a communication channel (AS USSR No. 1293965, 1986).
Недостатком устройства является низкая надежность и точность, обусловленные наличием зазора между сильфоном и управляющим клапаном гидроусилителя.The disadvantage of this device is the low reliability and accuracy due to the presence of a gap between the bellows and the control valve of the hydraulic booster.
Техническая задача - создание устройства для измерения температуры бурового раствора на забое скважины непосредственно в процессе бурения и передачи сигнала по беспроводному электрическому каналу связи забоя с устьем скважины.The technical task is to create a device for measuring the temperature of the drilling fluid at the bottom of the well directly in the process of drilling and transmitting a signal through a wireless electric channel connecting the bottom of the well with the wellhead.
Технический результат - повышение надежности и точности измерения температуры бурового раствора на забое скважины непосредственно в процессе бурения и передачи сигнала по беспроводному электрическому каналу связи забоя с устьем скважины путем усовершенствования конструкции.The technical result is to increase the reliability and accuracy of measuring the temperature of the drilling fluid at the bottom of the well directly during drilling and transmitting a signal via a wireless electric channel connecting the bottom to the wellhead by improving the design.
Он достигается тем, что в известном устройстве, содержащем корпус, источник питания и преобразователь температуры, преобразователь температуры выполнен в виде двух металлических стержней с большим температурным коэффициентом линейного расширения, установленных соосно с зазором с корпусом и между собой, жестко закрепленных концами в корпусе, имеющем независимый температурный коэффициент линейного расширения, при этом свободный конец одного стержня снабжен постоянным магнитом, магнитное поле которого воздействует на полевой датчик Холла, закрепленный на свободном конце второго стержня, холловские электроды полевого датчика Холла связаны со входом аналого-цифрового преобразователя, а его выход соединен со входом преобразователя код-частота, выход последнего через делитель частоты связан с каналом связи, а полевой датчик Холла, аналого-цифровой преобразователь, преобразователь код-частота и датчика частоты подключены к источнику питания в виде аккумулятора.It is achieved by the fact that in the known device comprising a housing, a power source and a temperature converter, the temperature converter is made in the form of two metal rods with a large temperature coefficient of linear expansion, mounted coaxially with a gap with the housing and between each other, rigidly fixed by the ends in the housing having an independent temperature coefficient of linear expansion, while the free end of one rod is equipped with a permanent magnet, the magnetic field of which acts on the field sensor X lla, mounted on the free end of the second rod, the Hall electrodes of the Hall field sensor are connected to the input of the analog-to-digital converter, and its output is connected to the input of the code-frequency converter, the output of the latter through the frequency divider is connected to the communication channel, and the field Hall sensor, analog- the digital converter, the code-frequency converter and the frequency sensor are connected to a power source in the form of a battery.
На чертеже (фиг. 1 - вид в разрезе) изображено устройство для измерения температуры бурового раствора на забое скважины непосредственно в процессе бурения.The drawing (Fig. 1 is a sectional view) shows a device for measuring the temperature of the drilling fluid at the bottom of the well directly during drilling.
Устройство содержит корпус 1, преобразователь температуры, источник питания, преобразователь температуры, выполненный в виде двух металлических стержней 2-3 с большим температурным коэффициентом линейного расширения, установленных соосно с зазором в корпусе 1 и между собой, жестко закрепленных концами в корпусе с независимым температурным коэффициентом линейного расширения, при этом свободный конец стержня 3 снабжен постоянным магнитом 4, магнитное поле которого воздействует на полевой датчик Холла 5, закрепленный на свободном конце второго стержня 2, холловские электроды связаны со входом аналого-цифрового преобразователя 6, выход которого соединен со входом преобразователя код-частота 7, выход последнего через делитель частоты 8 связан с каналом связи, а полевой датчик Холла 5, аналого-цифровой преобразователь 6, преобразователь код-частота 7, делитель частоты 8 подключены к источнику питания 9 в виде аккумулятора.The device comprises a housing 1, a temperature converter, a power source, a temperature converter, made in the form of two metal rods 2-3 with a large temperature coefficient of linear expansion, mounted coaxially with a gap in the housing 1 and between each other, rigidly fixed by the ends in the housing with an independent temperature coefficient linear expansion, while the free end of the
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
При изменении температуры бурового раствора, протекающего в бурильной колонне с установленным в ней устройством измерения в корпусе 1 два металлических стержня 2,3 с большим температурным коэффициентом расширения линейного расширения, установленные соосно с зазором в корпусе и между собой, жестко закрепленные концами в корпусе с независимым температурным коэффициентом линейного расширения изменяют свои линейные размеры при этом свободный конец стержня 3, снабженный постоянным магнитом 4 перемещается относительно свободного конца второго стержня 2 с жестко закрепленным на нем полевого датчика 5 в результате чего изменяется интенсивность магнитного поля, воздействующего на полевой датчик Холла 5 и на его холловских электродах появляется ЭДС пропорциональная изменению температуры. Эта ЭДС поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 6, в котором ЭДС преобразуется в кодовую комбинацию двоичного кода и с выхода его поступает на вход связанного с аналого-цифровым преобразователем преобразователя код-частота 7, где кодовая комбинация двоичного кода соответствующая температуре бурового раствора преобразуется в число импульсов, частота следования которых соответствует измеряемой температуре. С выхода преобразователя код-частота эти импульсы поступают на вход соединенного с преобразователем код-частота делителя частоты 8, в котором частота поступающих импульсов делится на частоту импульсов, соответствующую полосе пропускания беспроводного электрического канала связи забоя с устьем скважины.When changing the temperature of the drilling fluid flowing in the drill string with a measuring device installed in it in housing 1, two metal rods 2.3 with a large temperature coefficient of expansion of linear expansion installed coaxially with a gap in the housing and between each other, rigidly fixed by the ends in the housing with independent the linear expansion temperature coefficient changes its linear dimensions while the free end of the
Устройство имеет повышенную надежность и точность за счет исключения подвижных механических элементов и использования аналого-цифрового преобразователя, преобразователя кода в частоту импульсов, делителя частоты и датчика Холла, изготовленных по технологии кремний на изоляторе (КНИ), температурный диапазон которых расширен до 300°С, а полевой датчик Холла (ПДХ), изготовленный по технологии кремний на изоляторе (КНИ), имеет чувствительность превышающую чувствительность обычных датчиков в 10 раз (см. ст. Мордкович В.Н. Структуры «Кремний на изоляторе» - Новый материал микроэлектроники// Материалы электронной техники. 1998. №2; Мокрушин А.Д., Омельяновская Н.М., Леонов А.В., Мордкович В.Н., Пажин Д.М. Радиационные эффекты в КНИ магнито-чувствительных элементах при различных условиях облучения, ВАНТ. Вып. 1-2, М., 2001.). ПДХ (Полевой Датчик Холла) изготавливается на основе структур КНИ, в которых рабочий слой кремния отделен от подложки встроенным диэлектрическим слоем. В отличие от обычных датчиков Холла ПДХ представляет собой сочетание резистора Холла с вертикальным двухзатворным полевым транзистором типа металл-диэлектрик-полупроводник. В результате повышаются характеристики датчика Холла такие как, удельная магнитная чувствительность, диапазон рабочих температур, отношение сигнал/шум, энергопотребление, пороговая магнитная чувствительность.The device has increased reliability and accuracy due to the exclusion of movable mechanical elements and the use of an analog-to-digital converter, a code-to-pulse frequency converter, a frequency divider and a Hall sensor made using silicon-on-insulator (SOI) technology, the temperature range of which is expanded to 300 ° C, and the field Hall sensor (PDH), manufactured using silicon-on-insulator (SOI) technology, has a sensitivity that is 10 times higher than that of conventional sensors (see Art. V. Mordkovich, “Silicon on Zolyator ”- A New Material of Microelectronics // Materials of Electronic Engineering. 1998. No. 2; Mokrushin AD, Omelyanovskaya NM, Leonov AV, Mordkovich VN, Pazhin DM Radiation effects in the SOI magnetically sensitive elements under various irradiation conditions, VANT. Issue 1-2, M., 2001.). PDH (Field Hall Sensor) is made on the basis of SOI structures in which the working silicon layer is separated from the substrate by an integrated dielectric layer. Unlike conventional Hall sensors, PDH is a combination of a Hall resistor and a vertical two-gate metal-insulator-semiconductor field effect transistor. As a result, the characteristics of the Hall sensor are increased, such as specific magnetic sensitivity, operating temperature range, signal-to-noise ratio, power consumption, and threshold magnetic sensitivity.
Основные технические характеристики КНИ ПДХ:Main technical characteristics of KNI PDH:
Напряжение питания, В 3÷12Supply voltage,
Рабочий ток, мА 0,1÷0,4Operating current, mA 0.1 ÷ 0.4
Магнитная чувствительность В/Тл 0,3÷1,2Magnetic sensitivity V / T 0.3 ÷ 1.2
Удельная магнитная чувствительность, В/Ф*Тл 1000÷10000Specific magnetic sensitivity, V / F * T 1000 ÷ 10000
Порог чувствительности, н/Тл 40÷100Sensitivity Threshold, n / T 40 ÷ 100
Диапазон частот, кГц 0÷200Frequency range, kHz 0 ÷ 200
Диапазон температур, °С - 270÷300.Temperature range, ° С - 270 ÷ 300.
Зависимость выходного сигнала ПДХ от напряженности внешнего магнитного поля, созданная постоянным магнитом линейная, следовательно, и статическая характеристика предлагаемого устройства для измерения температуры в скважине, построенное на основе ПДХ также линейная, в связи с этим устройство обладает повышенной точностью.The dependence of the output signal of the PDH on the intensity of the external magnetic field created by the permanent magnet is linear, therefore, the static characteristic of the proposed device for measuring temperature in the well, built on the basis of the PDH is also linear, therefore the device has increased accuracy.
Используемые в устройстве аналого-цифровой преобразователь, преобразователь кода в частоту импульсов и делитель частоты также выполнены по КНИ технологии и сохраняют работоспособность до 300÷400°С (см. ст. Мокрушин А.Д., Омельяновская Н.М., Леонов А.В., Мордкович В.Н., Пажин Д.М. Радиационные эффекты в КНИ магнито-чувствительных элементах при различных условиях облучения, ВАНТ. Вып. 1-2, М., 2001). Это соответствует температуре на забое сверхглубоких скважин 7÷42 тыс.метров.The analog-to-digital converter, the code-to-pulse frequency converter, and the frequency divider used in the device are also made according to the SOI technology and remain operational up to 300 ÷ 400 ° C (see Art. Mokrushin A.D., Omelyanovskaya N.M., Leonov A. V., Mordkovich VN, Pazhin DM Radiation effects in SOI of magnetically sensitive elements under various irradiation conditions, VANT. Issue 1-2, M., 2001). This corresponds to a bottom temperature of superdeep wells of 7 ÷ 42 thousand meters.
Предложенное устройство отличается высокой надежностью за счет расширения температурного диапазона работы до 300°С и сокращения числа механических подвижных элементов, а также высокой точностью обусловленной высокой чувствительностью и линейностью статической характеристики, а также возможностью контроля температуры бурового раствора в процессе бурения по беспроводному электрическому каналу связи забоя с устьем скважины.The proposed device is highly reliable by expanding the operating temperature range to 300 ° C and reducing the number of mechanical moving elements, as well as high accuracy due to the high sensitivity and linearity of the static characteristics, as well as the ability to control the temperature of the drilling fluid during drilling through a wireless electric communication channel with the wellhead.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019108486A RU2713842C1 (en) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | Device for measuring temperature in well |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019108486A RU2713842C1 (en) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | Device for measuring temperature in well |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2713842C1 true RU2713842C1 (en) | 2020-02-07 |
Family
ID=69625380
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019108486A RU2713842C1 (en) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | Device for measuring temperature in well |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2713842C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2772616C1 (en) * | 2021-12-06 | 2022-05-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Астраханский государственный технический университет, ФГБОУ ВО "АГТУ" | Well temperature measurement device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1298365A1 (en) * | 1985-06-05 | 1987-03-23 | Нефтяной Институт Им.Акад.М.Д.Миллионщикова | Device for measuring temperature in wells |
EP0620424A1 (en) * | 1993-04-16 | 1994-10-19 | GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, GmbH | Method for measuring temperature and resistance thermometer for carrying out this method |
RU2381361C2 (en) * | 2008-02-26 | 2010-02-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Астраханский государственный технический университет (ФГОУ ВПО АГТУ) | Well temperature measurement device |
RU2390879C1 (en) * | 2008-10-16 | 2010-05-27 | Федеральное государственное учреждение Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов (ФГУ ТИСНУМ) | Field-effect hall sensor |
RU2649187C2 (en) * | 2016-07-11 | 2018-03-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Астраханской государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО АГТУ) | Device for measuring the zenith angle of well deviation |
RU2662036C2 (en) * | 2013-09-10 | 2018-07-23 | Фишер Контролз Интернешнел Ллс | Hall effect based sensor kit with diagnostic opportunities |
-
2019
- 2019-03-22 RU RU2019108486A patent/RU2713842C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1298365A1 (en) * | 1985-06-05 | 1987-03-23 | Нефтяной Институт Им.Акад.М.Д.Миллионщикова | Device for measuring temperature in wells |
EP0620424A1 (en) * | 1993-04-16 | 1994-10-19 | GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, GmbH | Method for measuring temperature and resistance thermometer for carrying out this method |
RU2381361C2 (en) * | 2008-02-26 | 2010-02-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Астраханский государственный технический университет (ФГОУ ВПО АГТУ) | Well temperature measurement device |
RU2390879C1 (en) * | 2008-10-16 | 2010-05-27 | Федеральное государственное учреждение Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов (ФГУ ТИСНУМ) | Field-effect hall sensor |
RU2662036C2 (en) * | 2013-09-10 | 2018-07-23 | Фишер Контролз Интернешнел Ллс | Hall effect based sensor kit with diagnostic opportunities |
RU2649187C2 (en) * | 2016-07-11 | 2018-03-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Астраханской государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО АГТУ) | Device for measuring the zenith angle of well deviation |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2772616C1 (en) * | 2021-12-06 | 2022-05-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Астраханский государственный технический университет, ФГБОУ ВО "АГТУ" | Well temperature measurement device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6452427B1 (en) | Dual output capacitance interface circuit | |
US7501834B2 (en) | Voice coil actuator with embedded capacitive sensor for motion, position and/or acceleration detection | |
AU2013209383B2 (en) | Accelerometer having multiple feedback architecture for a given proof mass | |
CN214114911U (en) | Button device, input device, and electronic apparatus | |
RU2713842C1 (en) | Device for measuring temperature in well | |
CN111059995A (en) | Self-driven displacement sensor based on friction nano generator | |
Leugoud et al. | Second generation of a rotational electrochemical seismometer using magnetohydrodynamic technology | |
US10989733B2 (en) | Acceleration sensor, geophone, and seismic prospecting system | |
RU2649187C2 (en) | Device for measuring the zenith angle of well deviation | |
CN211955543U (en) | Device suitable for flow velocity measurement | |
CN201450001U (en) | Non-magnetic ceramic air-tight packaging outer casing structure of high-reliability hall integrated circuit | |
RU2692365C1 (en) | Device for zenith angle measurement of well curvature | |
Balogh et al. | New piezoelectric transducer for hole-to-hole seismic applications | |
CN110673065A (en) | Magnetic field detection sensor | |
RU2772616C1 (en) | Well temperature measurement device | |
Yee et al. | An integrated digital silicon micro-accelerometer with MOSFET-type sensing elements | |
RU2381361C2 (en) | Well temperature measurement device | |
RU2285797C1 (en) | Well bore deviation zenith angle measurement device | |
RU2425974C2 (en) | Device for measuring pressure of drilling fluid in well | |
RU2804066C1 (en) | Device for measuring viscosity of drilling fluids at the bottom of the well during the drilling process | |
Gao et al. | A Force-Balance Capacitive MEMS Gravimeter with Superior Response Time, Self-Noise and Drift | |
SU823565A1 (en) | Deep-well flowmeter | |
RU2176404C1 (en) | Seismometer-clinometer-deformation meter | |
CN210051718U (en) | Novel water-holding instrument and impedance type water-holding sensor | |
RU2469337C1 (en) | Angular acceleration sensor with liquid rotor |